(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動ギアと、前記駆動ギアに噛み合うアイドラギアと、前記アイドラギアに噛み合う従動ギアとを備えると共に、前記駆動ギアのギア軸と前記アイドラギアのギア軸とが同一の水平面内に位置し、しかも前記駆動ギアから前記アイドラギアに作用する作用力の鉛直分力及び前記従動ギアから前記アイドラギアに作用する作用力の鉛直分力が鉛直方向上方に向かうギアトレインにおいて、
前記従動ギアと前記アイドラギアとの噛み合い位置が、前記アイドラギアの周面と前記水平面とが交差する位置で且つ前記アイドラギアが前記駆動ギアと噛み合う位置と反対側の位置である基準位置を基準として、前記アイドラギアの回転方向に沿いずれていることを特徴とするギアトレイン。
【請求項２】
請求項１において、
前記アイドラギアの回転中心と前記噛み合い位置とを結ぶ線と前記水平面とで成す角度をずれ角度θとし、
前記アイドラギアの圧力角をαとしたときに、
前記ずれ角度θは、sin（α−θ）≠sinαとなるように設定されていることを特徴とするギアトレイン。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記アイドラギアのギア軸を、すべり軸受により支持していることを特徴とするギアトレイン。
【請求項４】
請求項３において、
前記すべり軸受の外周に、オイルフィルムダンパを配置し、前記アイドラギアのギア軸を、前記すべり軸受及び前記オイルフィルムダンパにより支持していることを特徴とするギアトレイン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はギアトレインに関し、アイドラギアの不安定振動を抑制することができるように工夫したものである。
【背景技術】
【０００２】
増速機内蔵型のギアド圧縮機では、増速用のギアトレインを備えている。図４は、従来のギアド圧縮機のギアトレインを模式的に示す平面図であり、図５は、従来のギアド圧縮機のギアトレインを模式的に示す正面図である。
【０００３】
両図に示すように、駆動ギア１の右側にはアイドラギア１１が噛み合っており、アイドラギア１１の右側には従動ギア１２が噛み合っている。また、駆動ギア１の左側にはアイドラギア２１が噛み合っており、アイドラギア２１の左側には従動ギア２２が噛み合っている。
しかも、駆動ギア１のギア軸１aと、アイドラギア１１，２１のギア軸１１a,２１aと、従動ギア１２，２２のギア軸１２a，２２aは、同一の水平面内に位置するように、構成・配置されている。
なお、ギア軸１a、ギア軸１１a,２１a、ギア軸１２a，２２aは、それぞれ、図示しないすべり軸受を介して、図示しないケーシングに支持されている。
【０００４】
駆動ギア１のギア軸１ａは、図示しないモータにより回転駆動され、駆動ギア１の回転力は、アイドラギア１１，２１を介して従動ギア１２，２２に伝達される。
従動ギア１２のギア軸１２aの両端部には、羽根車３１，３２が取り付けられており、従動ギア２２のギア軸２２aの両端部には、羽根車４１，４２が取り付けられている。
羽根車３１，３２，４１，４２が回転することにより、気体を圧縮・吐出することができる。
【０００５】
ここで、図５を参照して、駆動ギア１が右回転しているときの、各歯車に作用する力の関係を説明する。
駆動ギア１には鉛直方向下方に歯車自重W１が作用し、アイドラギア１１には鉛直方向下方に歯車自重W１１が作用し、従動ギア１２には鉛直方向下方に歯車自重W１２が作用し、アイドラギア２１には鉛直方向下方に歯車自重W２１が作用し、従動ギア２２には鉛直方向下方に歯車自重W２２が作用する。
【０００６】
駆動ギア１からアイドラギア１１に対して作用力Ｆ１が作用し、その反力としてアイドラギア１１から駆動ギア１に対して作用力Ｆ２が作用する。また、アイドラギア１１から従動ギア１２に対して作用力Ｆ３が作用し、その反力として従動ギア１２からアイドラギア１１に対して作用力Ｆ４が作用する。
同様に、駆動ギア１からアイドラギア２１に対して作用力Ｆ１１が作用し、その反力としてアイドラギア２１から駆動ギア１に対して作用力Ｆ１２が作用する。また、アイドラギア２１から従動ギア２２に対して作用力Ｆ１３が作用し、その反力として従動ギア２２からアイドラギア２１に対して作用力Ｆ１４が作用する。
【０００７】
ここでアイドラギア２１に作用する力について検討する。
駆動ギア１からアイドラギア２１に対して作用する作用力Ｆ１１の鉛直分力は鉛直方向上方に向かい、従動ギア２２からアイドラギア２１に対して作用する作用力Ｆ１４の鉛直分力は鉛直方向上方に向かう。これに対して、アイドラギア２１に作用する歯車自重W２１は鉛直方向下方に作用する。
アイドラギア２１で伝達する作用力Ｆ１１と作用力Ｆ１４は等しく
Ｆ１１＝Ｆ１４
である。圧力角をαとして、上式にsinαを乗算して変形すると、次式（１）が得られる。
Ｆ１４sinα−Ｆ１１sinα＝０            ・・・（１）
式（１）は、アイドラギア２１の圧力角がαのときに、アイドラギア２１に水平方向（Ｙ方向）に作用する力が回転数に依存せずにつり合うことを意味する。つまり、アイドラギア２１を支持するすべり軸受の軸受荷重の水平分力は、ギア回転速度が変化しても常につり合うことを意味する。
また、鉛直方向（Ｚ方向）に作用する力は次式（２）で表すことができる。
Ｆ１４cosα＋Ｆ１１cosα−W２１  ・・・（２）
【０００８】
一方、ギアの回転速度が零から定格速度に向かって増加するときや、ギアの回転速度が定格速度から零に向かって減速するときに、作用力Ｆ１１，Ｆ１４が時間と共に変化していくため、ある時間において、アイドラギア２１を支持するすべり軸受の軸受荷重の鉛直分力は、ある時点においてつり合う可能性がある。
つまり、Ｆ１４cosα＋Ｆ１１cosα=W２１となり、アイドラギア２１を支持するすべり軸受の軸受荷重の鉛直分力が、ある時点において零になる（または極めて小さくなる）可能性がある。
【０００９】
なお、アイドラギア１１においては、駆動ギア１からアイドラギア１１に対して作用する作用力Ｆ１の鉛直分力は鉛直方向下方に向かい、従動ギア１２からアイドラギア１１に対して作用する作用力Ｆ４の鉛直分力は鉛直方向下方に向かい、アイドラギア１１に作用する歯車自重W１１は鉛直方向下方に作用する。
このため、アイドラギア１１を支持するすべり軸受の軸受荷重は、常に存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平８−２０００８７号公報
【特許文献２】特開２００９−１７４６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前述したように、アイドラギア２１を支持するすべり軸受の軸受荷重の水平方向分力が常に零である上に、アイドラギア２１を支持するすべり軸受の軸受荷重の鉛直方向分力が、ある時点において零になる（または極めて小さくなる）ことがあるため、この時点においては、すべり軸受による軸支状態が不安定になり、アイドラギア２１が大きく振動してしまうことがある。
このような不安定振動が過大になると、すべり軸受や、歯面が損傷する可能性が出てくると共に、安全装置によりギアド圧縮機の運転が緊急停止されることがある。
【００１２】
本発明は、上記従来技術に鑑み、ギアトレインのうちアイドラギアに発生する可能性のある不安定振動を抑制することができるギアトレインを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決する本発明の構成は、
駆動ギアと、前記駆動ギアに噛み合うアイドラギアと、前記アイドラギアに噛み合う従動ギアとを備えると共に、前記駆動ギアのギア軸と前記アイドラギアのギア軸とが同一の水平面内に位置し、しかも前記駆動ギアから前記アイドラギアに作用する作用力の鉛直分力及び前記従動ギアから前記アイドラギアに作用する作用力の鉛直分力が鉛直方向上方に向かうギアトレインにおいて、
前記従動ギアと前記アイドラギアとの噛み合い位置が、前記アイドラギアの周面と前記水平面とが交差する位置で且つ前記アイドラギアが前記駆動ギアと噛み合う位置と反対側の位置である基準位置を基準として、前記アイドラギアの回転方向に沿いずれていることを特徴とする。
また本発明の構成は、
前記アイドラギアの回転中心と前記噛み合い位置とを結ぶ線と前記水平面とで成す角度をずれ角度θとし、
前記アイドラギアの圧力角をαとしたときに、
前記ずれ角度θは、sin（α−θ）≠sinαとなるように設定されていることを特徴とする。
【００１４】
また本発明の構成は、前記のギアトレインにおいて、
前記アイドラギアのギア軸を、すべり軸受により支持していること、
または、前記すべり軸受の外周に、オイルフィルムダンパを配置し、前記アイドラギアのギア軸を、前記すべり軸受及び前記オイルフィルムダンパにより支持していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ギアトレインのうちアイドラギアに発生する可能性のある不安定振動を確実に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例１に係るギアトレインを模式的に示す平面図。
【図２】本発明の実施例１に係るギアトレインを模式的に示す正面図。
【図３】本発明の実施例２に係るギアトレインの軸受部分を示す構成図。
【図４】ギアトレインを模式的に示す平面図。
【図５】ギアトレインを模式的に示す正面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本発明の実施例に係るギアド圧縮機のギアトレインを模式的に示す平面図であり、図２は、本発明の実施例に係るギアド圧縮機のギアトレインを模式的に示す正面図である。
【００１９】
両図に示すように、駆動ギア１０１の右側にはアイドラギア１１１が噛み合っており、アイドラギア１１１の右側には従動ギア１１２が噛み合っている。また、駆動ギア１０１の左側にはアイドラギア１２１が噛み合っており、アイドラギア１２１の左側には従動ギア１２２が噛み合っている。
本例では、駆動ギア１０１のギア軸１０１aと、アイドラギア１１１，１２１のギア軸１１１a,１２１aと、従動ギア１１２のギア軸１１２aは、同一の水平面Ｈ内に位置するように、構成・配置されている。一方、従動ギア１２２のギア軸１２２ａは、前記の水平面Ｈよりも下方に位置するように、構成・配置されている。アイドラギア１２１と従動ギア１２２との噛み合い位置の詳細は後述する。
なお、ギア軸１０１a、ギア軸１１１a,１２１a、ギア軸１１２a，１２２aは、それぞれ、図示しないすべり軸受を介して、図示しないケーシングに支持されている。
【００２０】
駆動ギア１０１のギア軸１０１ａは、図示しないモータにより回転駆動され、駆動ギア１０１の回転力は、アイドラギア１１１，１２１を介して従動ギア１１２，１２２に伝達される。
従動ギア１１２のギア軸１１２aの両端部には、羽根車１３１，１３２が取り付けられており、従動ギア１２２のギア軸１２２aの両端部には、羽根車１４１，１４２が取り付けられている。
羽根車１３１，１３２，１４１，１４２が回転することにより、気体を圧縮・吐出することができる。
【００２１】
次に、アイドラギア１２１と従動ギア１２２との噛み合い位置について説明する。
図２において位置Ｐは基準位置である。基準位置Ｐは、アイドラギア１２１の周面と前記水平面Ｈとが交差する位置で且つアイドラギア１２１が駆動ギア１０１と噛み合う位置と反対側の位置として規定している。
アイドラギア１２１と従動ギア１２２との噛み合い位置は、位置Ｐを基準位置として、アイドラギア１２１の回転方向（左回転方向）に沿いずれた位置である。
【００２２】
図２に示すように、アイドラギア１２１の回転中心と、アイドラギア１２１と従動ギア１２２との噛み合い位置とを結ぶ線と、前記の水平面とで成す角度を「ずれ角度θ」とする。
【００２３】
ここで、図２を参照して、駆動ギア１０１が右回転しているときの、各歯車に作用する力の関係を説明する。
駆動ギア１０１には鉛直方向下方に歯車自重W１０１が作用し、アイドラギア１１１には鉛直方向下方に歯車自重W１１１が作用し、従動ギア１１２には鉛直方向下方に歯車自重W１１２が作用し、アイドラギア１２１には鉛直方向下方に歯車自重W１２１が作用し、従動ギア１２２には鉛直方向下方に歯車自重W１２２が作用する。
【００２４】
駆動ギア１０１からアイドラギア１１１に対して作用力Ｆ１０１が作用し、その反力としてアイドラギア１１１から駆動ギア１０１に対して作用力Ｆ１０２が作用する。また、アイドラギア１１１から従動ギア１１２に対して作用力Ｆ１０３が作用し、その反力として従動ギア１１２からアイドラギア１１１に対して作用力Ｆ１０４が作用する。
同様に、駆動ギア１０１からアイドラギア１２１に対して作用力Ｆ１１１が作用し、その反力としてアイドラギア１２１から駆動ギア１０１に対して作用力Ｆ１１２が作用する。また、アイドラギア１２１から従動ギア１２２に対して作用力Ｆ１１３が作用し、その反力として従動ギア１２２からアイドラギア１２１に対して作用力Ｆ１１４が作用する。
【００２５】
ここでアイドラギア１２１に作用する力について検討する。
駆動ギア１０１からアイドラギア１２１に対して作用する作用力Ｆ１１１の鉛直分力は鉛直方向上方に向かい、従動ギア１２２からアイドラギア１２１に対して作用する作用力Ｆ１１４の鉛直分力は鉛直方向上方に向かう。これに対して、アイドラ１２１に作用する歯車自重W１２１は鉛直方向下方に作用する。
アイドラギア１２１で伝達する作用力Ｆ１１１と作用力Ｆ１１４は等しく
Ｆ１１１＝Ｆ１１４
である。sin（α−θ）≠sinαになるように、圧力角α、ずれ角度θを設定すると、次式（３）が得られる。
Ｆ１１４sin（α−θ）−Ｆ１１１sinα≠０              ・・・（３）
式（３）は、アイドラギア１２１を支持するすべり軸受の軸受荷重の水平分力が、ギア回転数が変化しても常につり合わないことを意味する。
また、鉛直方向（Ｚ方向）に作用する力は次式（４）で表すことができる。
Ｆ１１４cos（α−θ）＋Ｆ１１１cosα−W１２１         ・・・（４）
【００２６】
一方、ギアの回転速度が零から定格速度に向かって増加するときや、ギアの回転速度が定格速度から零に向かって減速するときに、作用力Ｆ１１１，Ｆ１１４が時間と共に変化していくため、ある時間において、アイドラギア１２１を支持するすべり軸受の軸受荷重の鉛直分力は、ある時点においてつり合う可能性がある。
【００２７】
このように、アイドラギア１２１を支持するすべり軸受の軸受荷重の水平分力が、ギア回転速度が変化しても常につり合わないため、ギアの回転速度が定格速度であるときのみならず、ギアの回転速度が零から定格速度に向かって増加するときや、ギアの回転速度が定格速度から零に向かって減速するときであっても、アイドラギア１２１を支持するすべり軸受に一定以上の軸受荷重が発生する。
【００２８】
このように、アイドラギア１２１と従動ギア１２２との噛み合い位置を、位置Ｐを基準位置として、アイドラギア１２１の回転方向（左回転方向）に沿いずれた位置とすることにより、アイドラギア１２１を支持するすべり軸受に一定以上の軸受荷重が発生させることができるため、アイドラギア１２１の不安定振動の発生を抑制することができる。
【００２９】
ずれ角度θは、sin（α−θ）≠sinαになるように設定すれば本発明は成立する。
一方でアイドラギア１１１，１１２は、羽車１３１，１３２，１４１，１４２を大径化しても羽根車１４１，１４２と駆動ギア１０１のギア軸１０１ａが干渉しないように（つまりギア軸１２２ａとギア軸１０１ａ間の軸間距離を稼ぐために）採用したものであるが、θを大きくとると、ギア軸１２２ａとギア軸１０１ａ間の軸間距離が短くなってしまう。
例として、駆動ギア直径＝アイドラギア直径＝ａ、従動ギア直径＝ａ／２の時に、ギア軸１２２ａとギア軸１０１ａ間の軸間距離が、θ＝０°のときの９割を確保するためには、ずれ角度θは約４０°が上限となり、０°＜θ＜４０°の範囲でθを設定するのが妥当となる。
【００３０】
なお上記実施例では、駆動ギア１０１が右回転する場合の例であるが、駆動ギア１０１が左回転する場合には、アイドラギア１１１に不安定振動が発生することを防止するため、次のようにする。
即ち、アイドラギア１１１の周面と前記水平面Ｈとが交差する位置で且つアイドラギア１１１が駆動ギア１０１と噛み合う位置と反対側の位置を基準として、アイドラギア１１１と従動ギア１１２との噛み合い位置を、アイドラギア１１１の回転方向（右回転方向）に沿いずれた位置とする。
このとき、駆動ギア１０１のギア軸１０１aと、アイドラギア１１１，１２１のギア軸１１１a,１２１aと、従動ギア１２１のギア軸１２１aは、同一の水平面Ｈ内に位置するように、構成・配置する。
【実施例２】
【００３１】
図３は実施例２を示しており、図１，図２に示す実施例１において、従動ギア１２１のギア軸１２１ａを支持するすべり軸受２００の外周に、オイルフィルムダンパ２０１を配置している。
このようにオイルフィルムダンパ２０１を配置しているため、不安定振動の発生を更に効果的に抑制することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１、１０１  駆動ギア
１１，１２，１１１，１１２  アイドラギア
２１，２２，１２１，１２２  従動ギア
３１，３２，４１，４２，１３１，１３２，１４１，１４２  羽根車
２００  すべり軸受
２０１  オイルフィルダンパ
【図１】
0005615110.tif 000002
【図２】
0005615110.tif 000003
【図３】
0005615110.tif 000004
【図４】
0005615110.tif 000005
【図５】
0005615110.tif 000006